传统电芬顿的pH适用范围窄、产生铁泥。非均相电芬顿催化剂的设计,追求在近中性pH下,既能高效催化原位产H₂O₂,又能高效活化H₂O₂产生•OH。本研究通过高温热解Fe-ZIF-8前驱体,制备了氮掺杂多孔碳封装的铁基纳米颗粒催化剂(Fe@N-C)。XAFS和XPS表征证实,该催化剂含有Fe纳米颗粒和与吡咯氮配位的Fe-Nₓ单原子位点。当用作电芬顿阴极时,Fe@N-C在很宽的电势窗口和pH 3-8的范围内,均对O₂还原产H₂O₂表现出极高的选择性(>85%)。同时,在近中性pH下,催化剂能高效地将原位生成的H₂O₂分解为·OH,对水中模型微污染物(如双酚A、苯酚)的降解速率极快,且循环稳定性极好,铁离子浸出极微。DFT计算表明,Fe-Nₓ位点是吸附和活化H₂O₂产·OH的主要活性中心。这项工作突破了传统电芬顿的pH限制和铁泥产生问题,为饮用水和再生水的深度净化提供了一种极具应用前景的非均相电芬顿催化剂。
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